模拟集成电路设计绪论.ppt
模拟CMOS集成电路设计：时 间：2009年12月10日,韩 可电子工程学院,Tel:61198659,第1章 模拟集成电路设计绪论,1.1 学习要求1.2 集成电路的发展概况1.3 模拟集成电路设计重要性,课程安排,课程划分总学分：3总学时：48理论课:32学时,2学分(第4周-第20周)，教材1-10章实验课:16学时,1学分(13周以后)成绩评定:作业及平时成绩、开卷考试:50%实验成绩:50%,第1章 模拟集成电路设计绪论,1.1 学习要求1.2 集成电路的发展概况1.3 模拟集成电路设计重要性,6,集成电路的发展-ENIAC（埃尼阿克）,1946年诞生第一台计算机18000个电子管占地170平方米重30吨耗电150千瓦每秒执行5000次加法或400次乘法总投资48万美元,SIM2.0（2006移动酷卡）,25.2mm x 15.0 mmARM7TDMI处理器（40MIPS）64k SRAM64M Flash相当于1台486电脑 SIM2.0是具备基础驱动、操作系统、文件管理、应用程序开发等功能的、强大的实时操作系统的智能卡。,高度：123.8 毫米宽度：58.6 毫米厚度：7.6毫米重量：112 克,尺寸和重量,IPHONE5（2012）,处理器,Apple A4的die尺寸为采用45nm工艺面积53平方毫米,A6运算速度两倍于iPhone 4S采用的A5处理器，处理器尺寸缩小了22%,集成电路发展趋势：处理器工艺的发展（集成度增高）,低功耗技术,电源电压（V）,L,集成电路技术发展带来的变化,2010年我国集成电路市场应用结构,2000-2010年我国集成电路进出口额,15,电路设计分类,分立电路设计集成电路设计混合集成电路设计单片集成电路设计数字电路：处理数字信号，即在离散的幅度值上有定义的信号。模拟电路：处理模拟信号，在连续时间范围内具有连续幅度变化的信号。GaAs、InP工艺Si工艺：CMOS、Bipolar、BiCMOS,集成电路设计方法的改变,数字集成电路设计流程,数字集成电路设计,集成电路制造概述,第1章 模拟集成电路设计绪论,1.1 学习要求1.2 集成电路的发展概况1.3 模拟集成电路设计重要性,在数字集成电路高度发展的今天，为什么还要学模拟集成电路设计？特别是CMOS模拟集成电路设计？,自然界信号的处理,（a）自然界信号的数字化（b）增加放大器和滤波器以提高灵敏度,高速、高精度、低功耗ADC的设计是模拟电路设计中的难题之一,高性能放大器和滤波器设计也是热点研究课题,数字通信,数字信号通过有损电缆的衰减和失真,失真信号需放大、滤波和数字化后才再处理,数字通信,使用多电平信号以减小所需的带宽,10,11,01,00,1,0,组合二进制数据,多电平信号,确定所传送电平,DAC,ADC,传送端,接收端,磁盘驱动电子学,存储数据,恢复数据,硬盘存储和读出后的数据,无线接收机,无线接收天线接收到的信号(幅度只有几微伏)和噪声频谱,接收机放大低电平信号时必须具有极小噪声、工作在高频并能抑制大的有害成分。,光接收机,光纤系统,转换为一个小电流,高速电流处理器,激光二极管,光敏二极管,传感器,(a)简单的加速度表,(b)差动加速度表,汽车触发气囊的加速度检测原理图,三轴陀螺仪,iphone4中的陀螺仪芯片,主板,苹果Apple A4处理器三星,AGD1 三轴陀螺仪，意法半导体,3mmx3mm意法半导体33DH三轴加速传感器：BG7AX,Skyworks SKY77541 GSM/GPRS前端模块,338S0626 英飞凌 GSM/WCDMA 收发器,TriQuint TQM676091/2功放器,Skyworks SKY77542双频GSM/GPRS前端模块,三星K9PFG08闪存,Cirrus Logic 338S0589音频Codec,德州仪器343S0499触摸屏控制器,Numonyx 36MY1EE，集成NOR闪存和Mobile DDR内存,毫米波提供大于5GHz带宽，满足高清视频传输,典型应用：毫米波集成电路通信、雷达、广播电视网络、航天、船舶、电力、能源、交通、医疗、生物、军事等的电子设备和系统。,毫米波探测，如车辆防撞雷达及飞机跑道障碍探测,毫米波实现高速互联、通信，实现无线USB、无线光纤等,毫米波安检，对全身进行扫描成像，提供有力安全保障,典型毫米波集成电路研究进展,车载碰撞雷达收发芯片结构(富士),Multi-technology Integration,Existing and predicted first integration of SoC technologies with standard CMOS process,Source:2003 Technology Roadmap for Semiconductors,IEEE Computer Society,January 2004,2010年我国集成电路市场结构,为什么要学模拟CMOS集成电路设计？,首先，MOSFET的特征尺寸越来越小，本征速度越来越快（已可与双极器件相比较），现在几GHz几十GHz的CMOS模拟集成电路已经可批量生产。SOC芯片中同时包含有大量的模拟、数字电路，由于CMOS以其低成本、低功耗已成为现代大规模数字集成电路设计及制造的首选，与数字集成电路技术兼容的CMOS模拟集成电路技术可降低SOC芯片的制造及封装成本。因此CMOS电路已成为当今SOC设计的主流制造技术。,模拟设计困难的原因是什么（1）？,模拟设计涉及到在速度、功耗、增益、精度、电源电压等多种因素间进行折衷，而数字电路只需在速度和功耗之间折衷。模拟电路对噪声、串扰和其它干扰比数字电路要敏感得多。器件的二级效应对模拟电路的影响比数字电路要严重得多。高性能模拟电路的设计很少能自动完成，而许多数字电路都是自动综合和布局的。,模拟设计困难的原因是什么？,模拟电路许多效应的建模和仿真仍然存在问题，模拟设计需要设计者利用经验和直觉来分析仿真结果。现代集成电路制造的主流技术是为数字电路开发的，它不易被模拟电路设计所利用（如特征尺寸减小导致器件迁移率下降、沟道调制效应增大；电源电压的下降使以前的一些电路设计技术受到限制等），为了设计高性能的模拟电路，需不停开发新的电路和结构。,模拟与数字电路的比较,“如果能用数字电路比较经济的完成，不要使用模拟电路”,模拟集成电路设计流程,模拟电路设计,晶体管级原理图设计,仿真工具仿真,按照规格要求，选用已用于工业的成熟模块，略微修改、组合成满足规格要求的电路。,布局布线(Layout),物理规则验证(DRC:Design Rule Check),与电路图一致性验证(LVS:Layout vs.Schematic),寄生参数提取(PE:Parasitical Extraction),后仿真,GDSII文件,CMOS、双极(Bipolar)、Bi-CMOS,模拟CMOS集成电路设计主要内容,2010年中国十大集成电路设计企业,华大九天杯北京大学生集成电路设计大赛,2012年丛浩林、佟馨等获得一等奖,职业规划,数字集成电路工程师 前端设计工程师 后端设计工程师模拟集成电路设计工程师验证工程师系统测试工程师软件工程师,
